CN209456305U - 多喷灯、大尺寸、高沉积速率的ovd沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，喷灯沿所述棒疏松体或者芯棒的轴向并排设置，并排设置后喷灯不需要往复运动，最大限度减少区间报废，喷灯能够全覆盖了整个芯棒的有效长度，因此可以最大限度减少由于喷灯带来的报废，且每每列纵向排布均包括呈弧形设置的4‑8个喷灯，通过多个喷灯同时喷吹燃料与助燃气体与硅源气体或者锗源气体，提高沉积速率，同时，在预制棒疏松体或者芯棒在喷吹到较大尺寸后，调整部分喷灯进入工作方式二，以提升预制棒疏松体或者芯棒表面温度，促进以工作方式一进行工作的喷灯喷射形成的颗粒生长，形成较大的颗粒以提升外包层密度。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤芯棒制备设备技术领域，涉及一种多喷灯高沉积速率的光纤预制棒OVD沉积制备设备。
背景技术
工艺方法之一，即外部气相沉积法。该工艺被国内外主流光纤预制棒生产厂商所广泛采用。OVD工艺制备的芯棒由芯层和光学包层两部分组成。
OVD工艺设备主要包括化学气相反应及沉积腔体、气体喷灯平台、疏松体预制棒旋转机构、抽风系统等四部分组成。芯层喷灯与喷灯平台通过平台下方的丝杆连动安装在预制棒的正下方。喷灯内喷吹的气体反应后产生的SiO2粉尘粒子在气体初始速度和热泳作用下向疏松体预制棒运动，并粘附在疏松体预制棒的表面。喷灯平台通过丝杆的连动沿喷灯导轨来回运动，而预制棒本身被一个旋转轴承结构以一定的速度旋转。在以上工艺条件下将SiO2微粒一层一层均匀的沉积在匀速旋转的母棒表面，最终形成圆柱状的预制棒疏松体。OVD技术作为生产预制棒包层的工艺具有得天独厚的技术优势，喷灯里喷吹的燃烧气体一般为CH4/O2，原材料气体为SiCl4和GeCl4。生成粉尘粒子的化学方程式包括：
SiCl4+2H2O→SiO2+4HCl (2)
SiCl4+O2→2SiO2+2Cl2 (3)
GeCl4+O2→GeO2+Cl2 (4)
2H2O+2Cl2→4HCl+O2 (5)
化学气相反应及沉积腔体内的压力需要稳定控制，通过一个抽风和补风装置进行压力调节。
疏松体预制棒通过一根玻璃质的把棒固定在夹头上，夹头通过电机进行旋转。芯棒位于喷灯的正上方。喷灯平台通过丝杆进行前后和升降移动，随着预制棒外径不断变大，喷灯平台通过升降丝杆调节喷灯与疏松体预制棒的间距，平台同时丝杆进行前后匀速运动，进而获得密度和直径均匀的疏松体。每台设备可以沉积2根或者3根芯棒每批次，每根芯棒正下方有一组喷灯，每组喷灯2盏或者三盏喷灯，这种沉积设备沉积速率偏低，有效收集效率也不高。此外因为每个轴对应的喷灯数量较少，提供的热量不足，沉积制备的疏松体密度偏低，soot体直径偏大，烧结后收缩比较大，很难制备大尺寸预制棒。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种针对上述缺点，本实用新型的目的在于提供一种高沉积速率、高收集效率具备制备大尺寸光纤预制棒能力的OVD沉积设备。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，包括：
沉积箱外壳，内具有腔体；
夹具，位于腔体内，用于夹持固定预制棒疏松体或者芯棒，并能够在驱动装置的驱动下带动预制棒疏松体或者芯棒转动；
喷灯安装架，位于腔体内；
喷灯，设置在喷灯安装架上，所述喷灯包括横向排布和纵向排布的多个，横向排布为沿所述棒疏松体或者芯棒的中轴线平行排布，纵向排布为垂直于所述棒疏松体或者芯棒的中轴线排布，每列纵向排布的所述喷灯呈弧形排布，所述喷灯具有以下两种工作方式，工作方式一：喷吹燃料与助燃气体与硅源气体或者锗源气体，工作方式二：仅喷吹燃料与助燃气体；
尾灯，位于喷灯安装架的两侧，能够喷吹燃料与助燃气体；
抽风系统，用于抽走腔体内的气体，保持腔体内为负压环境。
优选地，本实用新型的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，每一排横向排布的所述喷灯均能够分别做升降运动。
优选地，本实用新型的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，每个喷灯的喷射口均朝向预制棒疏松体或者芯棒的中轴线。
优选地，本实用新型的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，每列纵向排布的所述喷灯为5个，每一排横向排布的喷灯数量为8-10个。
优选地，本实用新型的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，5个所述喷灯中喷灯喷头的中轴线与铅垂线的夹角分别为[45°，75°]、[30°，50°]、[0°，10°]、[30°，50°]、[45°，75°]。
优选地，本实用新型的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，所述夹具设置有重量反馈系统，用于对预制棒疏松体或者芯棒进行称量并进行终点控制。
优选地，本实用新型的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，预制棒疏松体或者芯棒的直径大于100-120mm时，部分喷灯以工作方式二进行工作。
优选地，本实用新型的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，每每列纵向排布的所述喷灯为5个时，位于中间两侧的喷灯以工作方式二进行工作，其余喷灯以工作方式一进行工作。
优选地，本实用新型的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，所述喷灯安装架还能沿预制棒疏松体或者芯棒的轴向运动。
优选地，本实用新型的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，所述夹具、喷灯安装架、喷灯和尾灯为并列设置的多组。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，喷灯沿所述棒疏松体或者芯棒的轴向并排设置，并排设置后喷灯不需要往复运动，最大限度减少区间报废，喷灯能够全覆盖了整个芯棒的有效长度，因此可以最大限度减少由于喷灯带来的报废，且每每列纵向排布均包括呈弧形设置的4-8个喷灯，通过多个喷灯同时喷吹燃料与助燃气体与硅源气体或者锗源气体，提高沉积速率，同时，在预制棒疏松体或者芯棒在喷吹到较大尺寸后，调整部分喷灯进入工作方式二，以提升预制棒疏松体或者芯棒表面温度，促进以工作方式一进行工作的喷灯喷射形成的颗粒生长，形成较大的颗粒以提升外包层密度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备的结构示意图；
图2本实用新型多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备中纵向排列的五个喷灯分布示意图；
图3本实用新型多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备中纵向排列的五个中喷灯位置示意图；
图4为OVD沉积过程中疏松体重量和直径关系图；
图5为OVD沉积过程中疏松体密度和直径关系图。
图中的附图标记为：
1.抽风系统；2.夹具；3.预制棒疏松体或者芯棒；4.喷灯；5.尾灯；6.丝杆；7.补风系统；8.导轨；9.喷灯支撑架；412、414.第一喷灯；411、413、415.第二喷灯。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例
本实施例提供一种多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，如图1所示，包括：
沉积箱外壳，内具有腔体；
夹具2，位于腔体内，用于夹持固定预制棒疏松体或者芯棒3，并能够在驱动装置的驱动下带动预制棒疏松体或者芯棒3转动；
喷灯安装架9，位于腔体内；
喷灯4，设置在喷灯安装架9上，所述喷灯4包括横向排布和纵向排布的多个，横向排布为沿所述棒疏松体或者芯棒3的中轴线平行排布，纵向排布为垂直于所述棒疏松体或者芯棒3的中轴线排布，每列纵向排布的所述喷灯4呈弧形排布，所述喷灯4具有以下两种工作方式，工作方式一：喷吹燃料与助燃气体与硅源气体或者锗源气体，工作方式二：仅喷吹燃料与助燃气体；预制棒疏松体或者芯棒3的直径大于100-120mm时，部分喷灯4以工作方式二进行工作(调整与喷灯4连接的相应管道的通断即可切换工作方式)；
尾灯5，位于喷灯安装架9的两侧，能够喷吹燃料与助燃气体；通过持续提供热量以增加预制棒疏松体或者芯棒3两端位置的密度；
抽风系统1，用于抽走腔体内的气体，保持腔体内为负压环境。
本实施例的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，喷灯4沿所述棒疏松体或者芯棒3的轴向并排设置，并排设置后喷灯4不需要往复运动，最大限度减少区间报废，喷灯4能够全覆盖了整个芯棒的有效长度，因此可以最大限度减少由于喷灯4带来的报废，且每列纵向排布均包括呈弧形设置的4-8个喷灯4，每一排横向排布的喷灯数量为8-10个，通过多个喷灯4同时喷吹燃料与助燃气体与硅源气体或者锗源气体，提高沉积速率，同时，在预制棒疏松体或者芯棒3在喷吹到较大尺寸后，调整部分喷灯4进入工作方式二，以提升预制棒疏松体或者芯棒3表面温度，促进以工作方式一进行工作的喷灯4喷射形成的颗粒生长，形成较大的颗粒以提升外包层密度。
进一步地，所述喷灯安装架9能够做升降运动，并带动喷灯4也做升降运动。喷灯安装架9设置在动滚珠丝杆副上，电机带动滚珠丝杆副连接的喷灯支撑架进而控制喷灯的上下移动。所述喷灯安装架9还能沿预制棒疏松体或者芯棒3的轴向运动。所述喷灯安装架9设置在导轨8，导轨8沿预制棒疏松体或者芯棒3轴向布置，喷灯安装架9在导轨8上移动，从而使喷灯安装架9和喷灯4水平运动。
进一步地，喷灯4的喷射口均朝向预制棒疏松体或者芯棒3的中轴线，以提高喷吹的均匀性。
所述夹具2设置有重量反馈系统，用于对预制棒疏松体或者芯棒3进行称量并进行终点控制。
所述燃料为甲烷，助燃剂为氧气，硅源气体为四氯化硅，锗源气体为四氯化锗。
作为一种优选方案，每列纵向排布的所述喷灯4为5个，5个所述喷灯4中喷灯4喷头的中轴线与铅垂线的夹角分别为[45°，75°]、[30°，50°]、[0°，10°]、[30°，50°]、[45°，75°]。比如：可以是a＝45°、55°、65°、75°等、b＝30°、40°、50°等、中间的喷灯0±10°内，最好是0°即垂直。预制棒疏松体或者芯棒3的直径大于100-120mm时，位于中间两侧的喷灯4以工作方式二进行工作，其余喷灯4以工作方式一进行工作。
进一步地，所述夹具2、喷灯安装架9、喷灯4和尾灯5为并列设置的多组，并入可以并列设置2-3组。这样既可同时生产2-3个预制棒疏松体或者芯棒3，提高生产效率。
OVD沉积过程如下：
检查芯棒外观无问题后，开始挂棒，并用力矩扳手将夹具2(一夹头)丝母固定牢固。用洁净布将芯棒表面擦拭干净，将喷灯表面擦拭干净，点火开始沉积。喷灯安装架9在丝杆6的驱动下沿着导轨8移动至预制棒疏松体或者芯棒3(未开始沉积时为芯棒)方向。当喷灯4移动至尾灯5时引燃两端尾灯5火焰，喷灯4位于预制棒疏松体或者芯棒3的正下方，夹具2在伺服电机的驱动下时预制棒疏松体或者芯棒3匀速旋转，利用喷灯的CH4/O2火焰对预制棒疏松体或者芯棒3(此时为芯棒)进行火抛清洁，同时对腔体进行预热升温，在抽风系统1的作用下腔体的残留粉尘随抽风抽离出沉积腔体，为了满足工艺抽风压力，补风系统7持续为腔体补洁净冷风，以满足腔体压力需求。20分钟后SiCl4(需要使用锗源气体时为四氯化锗)开始从喷灯4经过CH4/O2火焰生成SiO2颗粒附着于芯棒表面，因芯棒直径较小所以五组喷灯的SiCl4流量较小，随着工艺的进行预制棒疏松体或者芯棒3(此时即为预制棒疏松体)直径逐渐变大，喷灯4的SiCl4、CH4和O2流量随工艺配方而增加。预制棒疏松体和喷灯的间距变小，缩短了SiO2颗粒的生长行程，每组喷灯4在对应的伺服电机的驱动下沿着滚珠丝杆副的方向，向下方移动，以维持预制棒疏松体和喷灯4的间距、相对稳定，有利于SiO2颗粒的生长，同时保证较高的SiO2收集效率。在喷灯4沿着滚珠丝杆副向下移动的过程中，以保证每组喷灯的火焰不相互干扰同时确保五组喷灯的中线点会交于芯棒的轴向中心点。在夹具2下方的重量反馈系统可以实时的反馈预制棒疏松体的完成重量。
当预制棒疏松体的直径进一步增加时，预制棒表面积增大，预制棒疏松体的旋转速度缓慢下降，预制棒疏松体表面在火焰停留的时间相对减少。表面温度有所下降，外层的SiO2颗粒层密度降低，预制棒疏松体的直径迅速增加不利于制备高密度、大尺寸的预制棒，因此在此阶段五组喷灯(分为两种：第一喷灯412、414和第二喷灯411、413、415)中的两组喷灯(第一喷灯412、414)停止SiCl4喷射转变为仅喷射燃料和助燃剂的喷灯，在伺服电机的驱动下第一喷灯412、414沿着滚珠丝杆副的方向向上移动即更靠近预制棒疏松体的表面。有效的提供CH4/O2火焰以提升预制棒疏松体表面温度；以促进第二喷灯411、413、415喷射形成的SiO2颗粒生长，形成较大的SiO2颗粒提升外包层密度。在整个工艺进程中尾灯5持续提供热量以增加预制棒疏松体两端位置的密度。当重量反馈系统反馈预制棒疏松体到达目标重量后，第二喷灯411、413、415停止SiCl4喷射转变为燃料喷灯。预制棒疏松体保持80r/min的速度持续旋转。第一喷灯412、414和第二喷灯411、413、415减小CH4/O2流量连同尾灯5持续提供CH4/O2火焰5-10min给预制棒疏松体加热以增加外包层的密度，同时抽风系统1逐渐关闭，以防因腔体温度急剧下降疏松体开裂。最终制备出高密度、大尺寸的光纤预制棒疏松体，与常规OVD沉积设备制备的预制棒疏松体相比，采用五组多喷灯的沉积设备制备的预制棒疏松体密度明显增大，如图4、5所示。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，其特征在于，包括：
沉积箱外壳，内具有腔体；
夹具(2)，位于腔体内，用于夹持固定预制棒疏松体或者芯棒(3)，并能够在驱动装置的驱动下带动预制棒疏松体或者芯棒(3)转动；
喷灯安装架(9)，位于腔体内；
喷灯(4)，设置在喷灯安装架(9)上，所述喷灯(4)包括横向排布和纵向排布的多个，横向排布为沿所述棒疏松体或者芯棒(3)的中轴线平行排布，纵向排布为垂直于所述棒疏松体或者芯棒(3)的中轴线排布，每列纵向排布的所述喷灯(4)呈弧形排布，所述喷灯(4)具有以下两种工作方式，工作方式一：喷吹燃料与助燃气体与硅源气体或者锗源气体，工作方式二：仅喷吹燃料与助燃气体；
尾灯(5)，位于喷灯安装架(9)的两侧，能够喷吹燃料与助燃气体；
抽风系统(1)，用于抽走腔体内的气体，保持腔体内为负压环境。
2.根据权利要求1所述的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，其特征在于，每一排横向排布的所述喷灯(4)均能够分别做升降运动。
3.根据权利要求1或2所述的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，其特征在于，每个喷灯(4)的喷射口均朝向预制棒疏松体或者芯棒(3)的中轴线。
4.根据权利要求1或2所述的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，其特征在于，每列纵向排布的所述喷灯(4)为5个，每一排横向排布的喷灯数量为8-10个。
5.根据权利要求4所述的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，其特征在于，5个所述喷灯(4)中喷灯(4)喷头的中轴线与铅垂线的夹角分别为[45°，75°]、[30°，50°]、[0°，10°]、[30°，50°]、[45°，75°]。
6.根据权利要求1或2所述的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，其特征在于，所述夹具(2)设置有重量反馈系统，用于对预制棒疏松体或者芯棒(3)进行称量并进行终点控制。
7.根据权利要求1或2所述的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，其特征在于，预制棒疏松体或者芯棒的直径大于100-120mm时，部分喷灯(4)以工作方式二进行工作。
8.根据权利要求7所述的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，其特征在于，每列纵向排布的所述喷灯(4)为5个时，位于中间两侧的喷灯(4)以工作方式二进行工作，其余喷灯(4)以工作方式一进行工作。
9.根据权利要求1或2所述的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，其特征在于，所述喷灯安装架(9)还能沿预制棒疏松体或者芯棒(3)的轴向运动。
10.根据权利要求1或2所述的多喷灯、大尺寸、高沉积速率的OVD沉积设备，其特征在于，所述夹具(2)、喷灯安装架(9)、喷灯(4)和尾灯(5)为并列设置的多组。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201822235365.9U CN209456305U (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 多喷灯、大尺寸、高沉积速率的ovd沉积设备 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN201822235365.9U CN209456305U (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 多喷灯、大尺寸、高沉积速率的ovd沉积设备 |
Publications (1)
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| CN209456305U true CN209456305U (zh) | 2019-10-01 |
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ID=68042733
Family Applications (1)
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| CN201822235365.9U Active CN209456305U (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 多喷灯、大尺寸、高沉积速率的ovd沉积设备 |
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|---|---|
| CN (1) | CN209456305U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109485250A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-19 | 江苏通鼎光棒有限公司 | 多喷灯、大尺寸、高沉积速率的ovd沉积设备 |
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2018
- 2018-12-28 CN CN201822235365.9U patent/CN209456305U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109485250A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-19 | 江苏通鼎光棒有限公司 | 多喷灯、大尺寸、高沉积速率的ovd沉积设备 |
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